长期CO2升高与施肥管理对巴哈雀稗牧草品质的影响机制研究

美国研究人员针对东南部牧场系统在CO2升高背景下的响应机制，通过10年田间试验发现，施肥显著提升巴哈雀稗(Paspalum notatum)的粗蛋白(CP)、可消化蛋白(DP)及产量，而CO2升高仅降低木质素含量6.9%，为C4牧草应对气候变化提供管理依据。

　　

在全球气候变化背景下，大气CO₂浓度正以每年2.4 ppm的速度递增，预计本世纪末将突破600 ppm。这一变化对农业生态系统产生深远影响，尤其是依赖自然资源的牧场系统。东南部美国作为重要的畜牧业基地，其主导牧草巴哈雀稗(Paspalum notatum)占据250万公顷土地，却鲜有研究关注CO₂升高与土壤肥力的交互作用。过去研究多集中于C₃作物，而C₄植物因独特的CO₂浓缩机制常被认为对高CO₂响应较弱，但长期田间验证数据匮乏。同时，牧草品质的下降可能通过食物链影响牲畜生产，进而威胁粮食安全。

为解决这一科学问题，美国农业部农业研究局(USDA-ARS)的H. Allen Torbert团队在阿拉巴马州奥本市开展了为期10年的田间试验。研究采用开放式气室(OTC)模拟CO₂升高(环境浓度+200 μmol mol^?1)，结合施肥管理(90 kg ha^?1 (NH₄)₂SO₄年施3次)，系统分析了巴哈雀稗的14项品质指标，包括粗蛋白(CP)、中性洗涤纤维(NDF)、木质素及12种元素含量。

关键技术方法
研究采用Blanton壤砂土建立76米长土壤槽，通过开放式气室实现CO₂精确控制。每年8月采样测定干物质产量及品质指标，采用标准方法分析CP、NDF、酸性洗涤纤维(ADF)等营养参数，并通过元素分析仪测定C、N等含量。数据采用双因素方差分析评估CO₂与施肥的交互效应。

研究结果

平均牧草品质测量
施肥使干物质产量激增241.1%，CP和DP分别提升35.9%和65.4%。CO₂升高仅使木质素降低6.9%，但显著改变能量计算参数：在施肥条件下，高CO₂使NDF增加2.5%，而总可消化养分(TDN)和代谢能(ME)呈现复杂交互效应。

讨论
研究发现施肥对品质的改善远超CO₂影响，印证了C₄植物对高CO₂的弱响应假说。元素浓度降低可能源于"碳水化合物稀释效应"——即生物量增加导致单位质量养分含量下降。值得注意的是，以单位面积计算的养分总量(含量)反而因产量提升而增加，这对牧场管理具有实践指导意义。

结论
这项发表在《Soil and Tillage Research》的研究首次证实：在长期CO₂升高背景下，东南部巴哈雀稗牧场应优先关注土壤肥力管理而非CO₂直接影响。虽然高CO₂可能轻微降低某些品质参数，但通过科学施肥可完全抵消其负面效应。该成果为气候变化下的牧场可持续管理提供了重要科学依据。